腦機接口技術(shù)在過去半個世紀(jì)，實現(xiàn)了從科幻到現(xiàn)實的突破。當(dāng)前腦機接口研發(fā)已經(jīng)在仿生學(xué)、醫(yī)療診斷與干預(yù)、消費電子、工業(yè)、教育、虛擬現(xiàn)實等多個領(lǐng)域持續(xù)探索。北京師范大學(xué)教授鄔霞在2023中關(guān)村論壇-腦機接口創(chuàng)新發(fā)展分論壇上表示，非侵入式腦機接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測，未來也有望提升工業(yè)生產(chǎn)效率。

工業(yè)安全有設(shè)備安全、人員安全、生產(chǎn)安全三大需求。在人員安全與生產(chǎn)安全上，工人生理、精神狀態(tài)監(jiān)測主要聚焦生命體征、疲勞狀態(tài)、意識狀態(tài)，生產(chǎn)環(huán)境、狀態(tài)安全監(jiān)測則聚焦認(rèn)知負(fù)荷、注意力水平、工作記憶、情緒狀態(tài)等。

鄔霞表示，從目前的技術(shù)手段來看，在保證人員安全方面主要是崗前考核、安全意識教育，所用的檢測設(shè)備也只是手環(huán)等簡單生理狀態(tài)檢測設(shè)備；在保證生產(chǎn)安全方面，也主要是通過定期培訓(xùn)、輪崗休息，或者是傳感器等簡單設(shè)備進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。

“當(dāng)前，工業(yè)安全檢測手段難以滿足工業(yè)安全監(jiān)測需求，我們希望能夠引入一些新的技術(shù)，非侵入式腦機接口技術(shù)非常適用于工業(yè)安全監(jiān)測，但有三個難點需要攻克。”鄔霞說。

第一個難點是要從硬件設(shè)計源頭保障高精度腦電信信號質(zhì)量。例如采用全頻段24為ADC腦電采集電路，實現(xiàn)32萬倍以上的共模抑制能力，在噪聲電平控制上進(jìn)行精細(xì)的電源處理，精準(zhǔn)的地平面處理和恰到好處的外圍電路的配置。

何為便捷易用的腦機接口系統(tǒng)？鄔霞表示，首先要滿足防水防塵、低功耗、抗干擾干電極等工業(yè)需求，在人體感受上要進(jìn)行嚴(yán)格生物相容性實驗、精細(xì)化人體工學(xué)設(shè)計且整體重量不超過130克。

第二個難點是如何在復(fù)雜的工業(yè)場景下實現(xiàn)高度穩(wěn)定可靠的算法輸出結(jié)果。“解決方案就是構(gòu)建復(fù)雜工況條件下的實時自適應(yīng)腦電濾波器，并盡量采用少通道的數(shù)據(jù)來進(jìn)一步提高應(yīng)用算法的魯棒性，讓輸出更加穩(wěn)定。”她說。

據(jù)了解，打造實時自適應(yīng)腦電濾波器需要對環(huán)境粉塵狀態(tài)、高濕度等惡劣工況信號有效識別，并可以在人員行走、登高、負(fù)重、跳躍等運動狀態(tài)下進(jìn)行腦電采集，此外還需要支持1000人以上的同步采集，來構(gòu)成基礎(chǔ)人體生理和腦電參數(shù)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行輔助。

第三個難點是如何在各種實際工業(yè)環(huán)境中，確保腦機接口系統(tǒng)的快速穩(wěn)定運行。鄔霞指出，要達(dá)到此效果，首先系統(tǒng)穩(wěn)定性要強，要解決無線信號傳輸問題，通過互操作性的跨平臺應(yīng)用程序接口，實現(xiàn)監(jiān)測和秒級響應(yīng)。其次，要打造千人實時傳輸分析處理系統(tǒng)，實現(xiàn)多終端、快速標(biāo)準(zhǔn)化部屬。最后，要制定針對性解決方案。例如在重型龍門吊施工場景中，結(jié)合腦機接口、無線測距、貨物類型、廣播通訊等方式形成一整套安全解決方案。

據(jù)介紹，基于腦機接口的工業(yè)人員安全數(shù)字化管理系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于隧道施工、礦山開采、基坑作業(yè)、電力巡線等場景，提供風(fēng)險報告近400篇，發(fā)出風(fēng)險預(yù)警和報警信息近2000條，成功抓取近3萬條風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)。

例如隧道施工場景下，大型機械和重型物料在運輸、吊裝、轉(zhuǎn)場過程中一旦出現(xiàn)和人的接觸都會造成安全事故。因此，讓施工人員佩戴具有腦機接口裝置的安全帽，實時監(jiān)控工人的腦狀態(tài)，工作人員可以通過員工狀態(tài)實時監(jiān)控平臺換查到施工人員的脈搏、血氧等生理特征，并通過分析腦電數(shù)據(jù)來判斷疲勞度、專注度等。據(jù)悉，此方案已經(jīng)應(yīng)用在修建廣州地鐵、北京地鐵和重慶地鐵的施工的隧道的施工現(xiàn)場。

“展望未來，腦機接口技術(shù)除了在安全方面能夠?qū)I(yè)界有所幫助之外，也有可能通過腦控機械、腦控汽車等方式來提升機器效率，并通過儀器操作、設(shè)備駕駛等技能訓(xùn)練來提升人的效率。”鄔霞表示。